Новые компьютерные модели показывают, что Марс способен вносить вклад в формирование долгосрочных орбитальных ритмов Земли с периодом около 2,4 млн лет. Эти ритмы, в свою очередь, могут задавать временную структуру ледниковых периодов. Речь идет не о прямом климатическом воздействии, а о тонкой гравитационной настройке орбиты и оси вращения Земли, пишет Earth.com.
Ученые проверили гипотезу о том, может ли сравнительно небольшая планета оставлять различимый след в климатических сигналах глубокой геологической истории. Для этого Солнечную систему фактически превратили в вычислительный эксперимент, где можно изолировать вклад каждого небесного тела.
Проверка планетарной гипотезы
Модели были разработаны в Калифорнийском университете в Риверсайде. Они позволили поочередно «включать» и «выключать» планеты, отслеживая, как меняется орбитальная динамика Земли. Такой подход дал возможность напрямую проверить влияние Марса, а не выводить его косвенно.
Профессор планетарной астрофизики Стивен Р. Кейн изначально относился к идее с осторожным скепсисом.
«Я знал, что Марс оказывает некоторое влияние на Землю, но считал, что оно ничтожно мало», — отметил он, описывая свои ожидания до начала моделирования.
Орбитальные ритмы и климат
Долгопериодные климатические колебания начинаются с медленных изменений орбиты Земли и наклона ее оси. Эти параметры определяют распределение солнечного излучения по сезонам и широтам. В климатологии такие вариации известны как циклы Миланковича и хорошо согласуются с сигналами, зафиксированными в океанических осадках.
В моделях отслеживались эксцентриситет орбиты и наклон оси вращения. Даже небольшие изменения этих величин могут влиять на летнее таяние льда. Если лето оказывается недостаточно теплым и снег не успевает растаять, ледниковые щиты получают шанс на расширение.
Что меняется без Марса
Чтобы изолировать вклад «красной планеты», ученые повторно запустили расчеты, исключив Марс из конфигурации. Колебания с периодом около 430 тыс. лет, связанные с влиянием Венеры и Юпитера, сохранились. Зато цикл с периодом около 100 тыс. лет в модели без Марса исчез полностью.
«Когда вы убираете Марс, эти циклы исчезают», — пояснил Кейн, сравнивая частотные спектры разных прогонов.
Это позволило связать отсутствующие ритмы именно с марсианским гравитационным воздействием и сопоставить их с аналогичными паттернами в геологических записях.
Значение небольшой массы
Марс примерно вдвое меньше Земли по диаметру и составляет около одной десятой ее массы. Тем не менее его орбита расположена так, что он регулярно оказывает возмущающее влияние на движение Земли. В моделях увеличение массы Марса приводило к ускорению соответствующих орбитальных частот.
«Если увеличить массу Марса, периоды становятся короче, потому что его влияние усиливается», — отметил Кейн.
Это показывает, что даже относительно небольшие различия в массе планеты могут существенно менять долгосрочные климатические ритмы ее соседей.
Наклон оси
Наклон оси вращения Земли, или обликвитет, определяет выраженность сезонов. Сейчас он составляет около 23,5°, а Луна играет стабилизирующую роль, предотвращая хаотические колебания. В моделях исследовалось, как скорость изменения этого наклона зависит от массы Марса.
По мере увеличения марсианской массы скорость изменений наклона оси Земли снижалась. Это означает, что соседние планеты могут не только задавать дополнительные ритмы, но и влиять на стабильность уже существующих параметров вращения.
От орбиты к ледникам
Орбитальные изменения важны потому, что рост ледников определяется сохранением зимнего снега летом. Эксцентриситет орбиты влияет на контраст сезонного нагрева, а наклон оси — на то, достигает ли летнее тепло высоких широт.
Эти факторы задают темп наступления и отступления ледниковых периодов. При этом они не определяют абсолютные температуры: масштаб изменений по-прежнему зависит от концентрации парниковых газов и океанической циркуляции.
Геологические архивы и долгие циклы
Слоистые океанические отложения формируются медленно и часто отражают повторяющиеся климатические ритмы. Их химический состав и структура зависят от ветров, осадков и перемешивания океана, которые, в свою очередь, чувствительны к орбитальному обогреву.
Марсианские периоды, выявленные в симуляциях, помогают объяснить наличие в осадочных записях выраженных циклов, выходящих за рамки более коротких, хорошо известных периодов. Это может улучшить методы геохронологии и уточнить реконструкции климата прошлого.
Подсказки для экзопланет
За пределами Солнечной системы астрономы все чаще находят землеподобные планеты в обитаемых зонах своих звезд. Однако даже при подходящем расстоянии до звезды климат может зависеть от соседних планет.
«Когда я изучаю другие планетные системы и нахожу планету земного размера в обитаемой зоне, планеты, расположенные дальше, могут оказывать существенное влияние на ее климат», — говорит Кейн.
Пока данные по экзопланетам не позволяют отслеживать миллионолетние циклы, но этот вывод задает важный ориентир для будущих исследований.
Ограничения моделей
Симуляции изолируют гравитационные эффекты, но реальная Земля включает множество обратных связей. Температуры зависят от углекислого газа, вулканических аэрозолей и океанических течений, которые могут усиливать или ослаблять орбитальные сигналы.
Кроме того, расчеты стартуют с современной конфигурации планет и не учитывают возможные перестройки в далеком прошлом. Тем не менее такой подход позволяет четко связать конкретные орбитальные циклы с влиянием определенных планет.
PS: Ставьте лайк и подписывайтесь на «Ведомости» в Telegram и MAX